Предельная пластичность

Предельная пластическая деформация или степень пластической деформации, предшествующая разрушению элемента конструкции, Связана однозначно с жесткостью напряженного состояния (PV/TT) [4]. С возрастанием жесткости напряженного состояния уменьшается объем материала, в пределах которого может быть реализована пластическая деформация, что в общем случае может быть охарактеризовано следующим образом:

Исследована предельная пластическая деформация графита марки ГМЗ при температуре облучения 80 — 140° С в конструкции для изучения предельной деформации графита (см. рис. 2.9, ж). Растягивающее напряжение создавалось благодаря высокому радиационному росту термомеханически обрабо-

где Лу,-(т, ?var) — долговечность, определяемая по кривой усталости при заданной в цикле деформации в условиях жесткого нагружения с учетом частоты (времени) и формы циклов термомеханического нагружения; Ае — деформация, накопленная за цикл нагружения; €f(T, /уаг) — предельная пластическая деформация при монотонном неизотермическом нагружении.

Другой расчетной характеристикой прочности при длительном малоцикловом нагружении является предельная пластическая деформация материала. Эту характеристику, используемую для расчета квазистатических повреждений на основании деформационно-кинетического критерия прочности при малоцикловом неизотермическом нагружении, изучали при длительных статических испытаниях образцов из сплава ХН60ВТ. Для этого высокопластичного (\/у* 50%) сплава характерно повышение деформационной способности при высоких (800 °С) температурах (рис. 5.2). 246

Охрупчивание сплава ХН60ВТ наиболее интенсивно происходит при сравнительно высоких (700 °С) температурах (рис. 5,.3). При максимальной температуре нагрева (670 °С) цилиндрического оболочеч-ного корпуса типа II и времени деформирования ту < 20 ч предельная пластическая деформация практически постоянна и лишь при больших значениях ту- эта характеристика уменьшается (примерно на 25 %). При температуре 800 С эффект охрупчивания проявляется и при малом времени деформирования. Существенно, что при характерной длительности испытаний (ту = 200 ч) предельная пластическая деформация уменьшается примерно на 50 %.

Рис. 46. Зависимость механических свойств сплавов TiC-NiTi от содержания связки: 1 - HRA; 2 - акзт; 3 - 6СЖ; 4 - предельная пластическая деформация при сжатии 6

где jV/-j-(r, ?var) — долговечность, определяемая по кривой усталости при заданной в цикле деформации в условиях жесткого нагружения с учетом частоты (времени) и формы циклов термомеханического нагружения; Де — деформация, накопленная за цикл нагружения; Cf(r, fvar) — предельная пластическая деформация при монотонном неизотермическом нагружении.

Другой расчетной характеристикой прочности при длительном малоцикловом нагружении является предельная пластическая деформация материала. Эту характеристику, используемую для расчета квазистатических повреждений на основании деформационно-кинетического критерия прочности при малоцикловом неизотермическом нагружении, изучали при длительных статических испытаниях образцов из сплава ХН60ВТ. Для этого высокопластичного (^/•Ss 50%) сплава характерно повышение деформационной способности при высоких (800 °С) температурах (рис. 5.2). 246

Охрупчивание сплава ХН60ВТ наиболее интенсивно происходит при сравнительно высоких (700 °С) температурах (рис. 5_.3). При максимальной температуре нагрева (670 °С) цилиндрического оболочеч-ного корпуса типа II и времени деформирования ту < 20 ч предельная пластическая деформация практически постоянна и лишь при больших значениях ту эта характеристика уменьшается (примерно на 25 %). При температуре 800 С эффект охрупчивания проявляется и при малом времени деформирования. Существенно, что при характерной длительности испытаний (т^ = 200 ч) предельная пластическая деформация уменьшается примерно на 50%.

2. Внедренческий механизм: внедрение отдельных атомов среды (например, азота, кислорода, водорода) в кристаллическую решетку наиболее сильно деформированных зерен обрабатываемого металла приводит к упрочнению последнего и переходу его в хрупкое состояние. При этом уменьшаются предельная пластическая деформация перед разрушением и удельная работа резания.

На рис. 21, а отображены закономерности, показанные на рис. 20 я рассмотренные выше: На рис. 21, б показано, что при симметричном цикле нагружения /? = —1 при amax = const скорость установившейся ползучести иу.п существенно возрастает по сравнению с асимметрией цикла R = 0. Это объясняется, как показали исследования, существенным проявлением эффекта Баушингера при переходе к симметричному циклу нагружения; на рис. 21, в показано, что в области квазистатического разрушения предельная пластическая деформация несущественно зависит от асимметрии цикла.

Тем не менее такого рода предельная пластичность типична для очень мягких, чистых металлов. Чаще дислокации не так уж подвижны, и в процессе деформации некоторые из них скапливаются у каких-то непреодолимых для них препятствий (включений, границ зерен и т. д.).

В работах [1, 13] показано заметное различие кривых усталости металлов при осевом растяжении и кручении. Малоцикловая долговечность при знакопеременном кручении, выраженная через амплитуду эквивалентной пластической деформации, в несколько раз (более двух) больше, чем при одноосном напряженном состоянии. Различие циклической повреждаемости металла при разных видах циклической деформации видимо связано с тем, что предельная пластичность зависит от степени объемности (жесткости) напряженного состояния, характеризуемого отношением шарового тензора к девиатору. Некоторые среды вызывают сильные изменения пластических характеристик металла. Влияние среды на пластичность металла можно оценивать коэффициентом Ккс:

На рис. 56 приведены типичные кривые малоцикловой усталости сплава ОТ4, полученные при пульсирующем растяжении с частотой 2 цикл/мин. На участке I образцы не разрушаются, т.е. разрушение происходит или при статическом нагружении, или после числа циклов, соответствующих участку II. На участке II разрушение происходит вследствие исчерпания пластичности в результате протекающей здесь циклической ползучести. Предельная пластичность при разрушении f на этом участке равна или превышает таковую при статическом растяжении ест. Повышение предельной пластичности при разрушении вследствие циклической ползучести связано, вероятно, с меньшей неоднородностью деформации при циклическом нагружении по сравнению со статическим. Для участка III характерно усталостное разрушение, которое может происходить на фоне развитых односторонних деформаций (оп и Л/п — напряжения и соответствующие им долговечности, при которых происходит переход от квазистатического к усталостному разрушению). По виду кривые циклической ползучести при квазистатическом разрушении аналогичны кривым ползучести при статическом нагружении. Как и при статической ползучести, кривые циклической ползучести имеют

при однократном нагружении отношение ав надрезанного образца (ат> 4,8} к ав гладкого образца > 1,2 и предельная пластичность в надрезе ф н > 4 %;

величиной пластических деформаций в цикле. В этом отношении можно было предполагать, что повышение температуры испытания, приводящее к резкому повышению характеристик пластичности, должно повышать циклическую долговечность при сохранении одной и той же величины упругопластической деформации в цикле. Наиболее удобно проверить это предположение при жестком симметричном циклическом нагруже-нии сплавов в различном интервале температур. В табл. 14 и 15 приведены данные, полученные В. И.Сыщиковым и Г. Медекша при проведении испытаний образцов сплавов ПТ-ЗВ и ВТ1-0. В табл. 14 даны свойства сплава ПТ-ЗВ при статических испытаниях в интервале 20-~450°С. Из табл. 14 видно, что предельная пластичность ф при испытании в интервале 20 - 550°С изменяется в 2,5 раза.

NaCI при различных скоростях деформирования сплава ВТ5-1, а также влияние скорости деформирования на относительное изменение разрушающего напряжения. На рис. 70 нанесены также данные, ранее полученные Паркинсом [ 82]. Минимальной разрушающей нагрузке в коррозионной среде соответствует скорость деформации vKp = 1fJTs с"1. Более высокие и более низкие скорости приводят к повышению разрушений нагрузки. При критической скорости деформации устанавливается потенциал естественной поляризации (—0,5) т (—0,55 В) и создаются и поддерживаются длительное время условия активного анодного растворения и сопутствующие им процессы наводороживания (рис. 69). При v>vKp и v
к 10-кратному снижению долговечности по сравнению с исходным состоянием (кривая 2). При испытании гладких образцов в коррозионной среде без газонасыщенного слоя или со снятым газонасыщенным слоем получены результаты, идентичные таковым при испытании на воздухе. Соответственно изменяются при малоцикловых испытаниях и характеристики пластичности. Предельная пластичность образцов с газонасыщенным слоем после малоцикловых испытаний в коррозионной среде оказалась в 5—20 раз ниже, чем при испытаниях на воздухе.

Наиболее чувствительна к любым дефектам, возникающим в объеме металла, сосредоточенная часть относительного сужения или предельная пластичность надрезанных образцов. Указанные характеристики были использованы авторами совместно с А.В.Гурьевым и В.И.Водопьяновым при изучении процесса циклической повреждаемости титановых сплавов. Исследования выполняли на образцах сплавов ВТ5-1 и ВТ6. Образцы подвергали жесткому симметричному нагружению растяжением-сжатием при амплитуде пластической деформации 0,6 %. 'Последующее испытание образцов на растяжение производили в двух состояниях: непосредственно после циклического нагружения разной длительности и

Таблица 37. Предельная пластичность в надрезе Фн

В табл. 37 приведены также результаты определения предельной пластичности в надрезе образцов сплава ВТ6, которые после удаления поверхностного слоя на глубину 1 мм через каждые 0,8Л/р подвергали повторному циклическому деформированию при жестком симметричном нагружении растяжением-сжатием с амплитудой пластической деформации 0,5 % суммарной длительности [п- (1,0-М,6)Л/„]. Надрез выполняли после указанного циклического нагружения. Статический разрыв надрезанных образцов показал, что предельная пластичность не изменилась и после повторного циклического деформирования. Не изменилась

здесь Аее+Р — упругая и пластическая деформация в цикле нагружения; Аес — деформация ползучести за период релаксации в цикле; Sr,t — предельная пластичность материала, определенная за время нагружения материала т, при максимальной темпера-^туре цикла tm^', есэ — деформация ползучести, развивающаяся в таких же условиях при напряжении, равном эквивалентному напряжению огрэ, за период релаксации в стабилизированном цикле; п, т — постоянные; А — коэффициент.